四旋翼無人飛行器非線性控制研究.pdf

1、四旋翼無人飛行器是一種典型的欠驅(qū)動系統(tǒng),所謂欠驅(qū)動特性是指在系統(tǒng)中控制輸入變量數(shù)目少于系統(tǒng)自由度數(shù)目,這種特性雖然可以有效降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造難度,但是給系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn)。此外四旋翼無人飛行器動力學(xué)模型還具有非線性、強(qiáng)耦合以及靜不穩(wěn)定等特點(diǎn),加之飛行器在飛行過程中容易受到非線性的空氣阻力、阻力矩以及陣風(fēng)等不確定因素的影響,所以控制設(shè)計(jì)具有很大的難度。
　　四旋翼無人飛行器具有垂直起降、操作靈活以及精確懸停等特點(diǎn),已經(jīng)

2、被廣泛用于軍事以及民用等領(lǐng)域。但是操作四旋翼無人飛行器要求操縱人員具有豐富的遙控經(jīng)驗(yàn),因此為保障四旋翼無人飛行器的飛行安全,提高飛行任務(wù)的效率,需要研究具有高精度和高可靠性的飛行控制策略。四旋翼無人飛行器位姿控制是利用飛行器在飛行過程中的實(shí)時位姿信號設(shè)計(jì)反饋控制器,使飛行器對預(yù)定的位置和姿態(tài)軌跡進(jìn)行跟蹤,并且由于飛行器機(jī)載驅(qū)動器輸出功率的限制,控制輸出必須保持在合理的范圍以內(nèi)。近年來,國內(nèi)外許多科研人員對于四旋翼無人飛行器位姿控制進(jìn)行了

3、廣泛研究,提出了多種控制策略,但是這些方法都存在一些不足,因此目前四旋翼無人飛行器位姿控制問題尚沒有得到完全的解決。
　　本文針對具有建模不確定性的四旋翼無人飛行器系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究,并設(shè)計(jì)了數(shù)種性能可靠的控制策略。針對四旋翼無人飛行器動力學(xué)模型中存在未知參數(shù)的情況,論文采用速度有界PID算法以及自適應(yīng)控制算法設(shè)計(jì)了一種調(diào)節(jié)控制器,該控制器可以保證飛行器快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)至指定位置與航向。由于飛行器在飛行過程中容易受到陣風(fēng)等外界擾動的

4、影響,論文利用非線性滑?？刂扑惴ㄅc自適應(yīng)算法設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)滑?？刂破?這種飛行控制器可以實(shí)現(xiàn)對四旋翼無人飛行器三個方向的位置與偏航角的跟蹤控制。論文采用反步法并結(jié)合非線性魯棒算法提出了一類光滑的非線性跟蹤控制算法,該算法可以有效消地除傳統(tǒng)滑?？刂破髦写嬖诘念澱駟栴}。由于四旋翼無人飛行器自身負(fù)載能力有限,無法攜帶高精度傳感器,論文針對無人飛行器位姿控制問題,采用單位四元數(shù)姿態(tài)描述方法,在部分飛行狀態(tài)不可測量的約束條件下,設(shè)計(jì)了一種輸出反